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Ventile können bei einigen Verbrennungsmotoren durch eine Nockenwelle mit mehreren sich drehenden Nocken betätigt werden. Die Ventile können Ansaugventile und/oder Abgasventile sein, die mit Zylindern im Motor gekoppelt sind. Stößel können zwischen den Nocken und den Ventilschäften angeordnet sein, um die Übertragung von Energie von der Nockenwelle auf die Ventile zu erleichtern und eine Betätigung der Ventile zum Ausführen der Verbrennung zu ermöglichen.
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Beispielsweise offenbart
US 4 430 970 einen thermoplastischen Stößel, der zwischen einem Nocken und einem Ventilschaft angeordnet ist, um das Gewicht gegenüber einem Metallstößel zu verringern. Die Erfinder haben jedoch mehrere Nachteile bei der Verwendung eines thermoplastischen Stößels erkannt. Beispielsweise können solche Stößel eine geringere Druckfestigkeit aufweisen als Metallstößel. Dadurch kann die Langlebigkeit der Stößel verringert werden. Überdies können die thermoplastischen Stößel beeinträchtigt werden, wenn sie während des Motorbetriebs erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden. Insbesondere kann sich der thermoplastische Stößel durch erhöhte Temperaturen verformen.
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Zum Adressieren zumindest einiger der vorstehend erwähnten Probleme ist eine Ventilanordnung vorgesehen. Die Ventilanordnung kann einen Ventilschaft, der mit einer Schraubenfeder gekoppelt ist, und einen stoßdämpfenden Stößel, der die Feder und den Ventilschaft teilweise umschließt und in Kontakt mit einem Nocken steht, aufweisen, wobei der stoßdämpfende Stößel eine äußere Metallschicht mit einer Nockenberührungsfläche und eine innere Elastomerschicht, welche zumindest einen Teil der Innenfläche der äußeren Metallschicht durchquert, aufweist. Die Elastomerschicht ermöglicht es, dass der Stoß des Nockens gegen die Ventilanordnung verringert wird. Diese Dämpfung verringert eine durch den Stoß zwischen dem Nocken und dem Stößel hervorgerufene aufwärts gerichtete und abwärts gerichtete Kraftübertragung. Dadurch wird die Langlebigkeit des Ventils, des Nockens und des Stößels erhöht. Überdies wird die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Ventils und des Nockens verringert.
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Bei einigen Beispielen kann der stoßdämpfende Stößel ferner eine innere Metallschicht aufweisen, wobei die innere Elastomerschicht zwischen der äußeren Metallschicht und der inneren Metallschicht angeordnet ist. Durch sandwichförmiges Anordnen der Elastomerschicht zwischen zwei Metallschichten wird die Elastomerschicht in Position gehalten, wodurch die durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Verformung der Elastomerschicht verringert wird. Überdies bietet die Sandwichkonstruktion eine verbesserte Federmassenisolation, wodurch eine Dämpfung unerwünschter Frequenzen in der Art hoher Frequenzen ermöglicht wird.
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Es sei bemerkt, dass die vorstehende Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüsselmerkmale oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifizieren, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche Nachteile lösen, die vorstehend oder in einem Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors,
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2 zeigt eine Darstellung eines Ventiltriebs in dem in 1 dargestellten Verbrennungsmotor,
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3 zeigt eine erste Ausführungsform eines in dem in 2 dargestellten Ventiltrieb enthaltenen stoßdämpfenden Stößels,
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4 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des in 2 dargestellten stoßdämpfenden Stößels,
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5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines in dem in 2 dargestellten Ventiltrieb enthaltenen stoßdämpfenden Stößels,
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6 zeigt eine vierte Ausführungsform eines stoßdämpfenden Stößels, und
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7 zeigt eine andere Ansicht der in 2 dargestellten Ventilanordnung.
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Die 2–5 und 7 sind in etwa maßstäblich dargestellt, wenngleich, falls gewünscht, auch andere relative Abmessungen verwendet werden können.
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Hier wird eine Ventilanordnung bereitgestellt. Die Ventilanordnung kann einen Ventilschaft, der mit einer Feder gekoppelt ist, und einen stoßdämpfenden Stößel, der die Feder und den Ventilschaft teilweise umschließt und in Kontakt mit einem Nocken steht, aufweisen. Der stoßdämpfende Stößel kann eine äußere Metallschicht mit einer Nockenberührungsfläche und eine innere Elastomerschicht, die zumindest einen Teil der Innenfläche der äußeren Metallschicht durchquert, aufweisen. Auf diese Weise kann der Stoß vom Nocken gegen die Ventilanordnung gedämpft werden. Dadurch wird die Langlebigkeit des Ventils sowie des Nockens vergrößert. Überdies kann die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Ventils und des Nockens verringert werden. Ferner ermöglicht der stoßdämpfende Stößel, dass das im Ventiltrieb erzeugte Geräusch verglichen mit ausschließlich aus Metall aufgebauten Stößeln verringert wird. Ferner verringern die durch die Stößel abgeschwächten Stöße auch die Kraftübertragung in Vorwärtsrichtung zur Nockenwelle hin. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Verformung der Nockenwelle verringert und die Langlebigkeit der Nockenwelle erhöht.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors. 2 zeigt eine Darstellung eines Ventiltriebs, der in den in 1 dargestellten Motor aufgenommen werden kann. 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines in den in 2 dargestellten Ventiltrieb aufgenommenen stoßdämpfenden Stößels. 4 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des stoßdämpfenden Stößels. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform eines stoßdämpfenden Stößels. 6 zeigt eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines stoßdämpfenden Stößels. 7 zeigt eine andere Ansicht einer in 2 dargestellten Ventilanordnung.
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Mit Bezug auf 1 sei bemerkt, dass ein Verbrennungsmotor 10, der mehrere Zylinder aufweist, von denen einer in 1 dargestellt ist, durch eine elektronische Motorsteuereinrichtung 12 gesteuert wird. Der Motor 10 umfasst eine Verbrennungskammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem Kolben 36, der darin angeordnet ist und mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Der Motor 10 weist auch einen Zylinderkopf 90 auf, der unter Bildung der Verbrennungskammer 30 mit einem Zylinderblock 91 gekoppelt ist. Die Verbrennungskammer 30 steht wie dargestellt über eine jeweilige Ansaugventilanordnung 52 und eine jeweilige Abgasventilanordnung 54 in Verbindung mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48. Jede Ansaug- und Abgasventilanordnung kann durch einen Ansaugnocken 51 und einen Abgasnocken 53 betätigt werden. Die Ansaugventilanordnung 52, die Abgasventilanordnung 54, der Ansaugnocken 51 und der Abgasnocken 53 können in einen Ventiltrieb 200 aufgenommen sein, der nachstehend in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf 2 erörtert wird. Insbesondere kann entweder der Ansaugnocken 51 oder der Abgasnocken 53 in die in 2 dargestellte Nockenwelle 202 aufgenommen sein. Die Ansaugventilanordnung 52 und die Abgasventilanordnung 54 können jeweils einen stoßdämpfenden Stößel 218 aufweisen. Die stoßdämpfenden Stößel 218 können mehrere Schichten aufweisen, wie nachstehend in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die 2 bis 6 erörtert wird. Die in 2 dargestellte Ventilanordnung 210 kann entweder die Ansaugventilanordnung 52 oder die Abgasventilanordnung 54 sein, wie in 1 dargestellt ist. Die Position des Ansaugnockens 51 kann durch einen Ansaugnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Abgasnockens 53 kann durch einen Abgasnockensensor 57 bestimmt werden.
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Ein Kraftstoffeinspritzer 66 ist wie dargestellt positioniert, um Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einzuspritzen, was Fachleuten auf dem Gebiet als Direkteinspritzung bekannt ist. Zusätzlich oder alternativ kann Kraftstoff in einen Ansaugstutzen eingespritzt werden, was Fachleuten auf dem Gebiet als Saugrohreinspritzung bekannt ist. Der Kraftstoffeinspritzer 66 führt flüssigen Kraftstoff proportional zur Pulsbreite eines Signals FPW von der Steuereinrichtung 12 zu. Der Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzer 66 durch ein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffzuteiler (nicht dargestellt) aufweist. Dem Kraftstoffeinspritzer 66 wird von einem Treiber 68, welcher auf die Steuereinrichtung 12 anspricht, ein Betriebsstrom zugeführt. Zusätzlich steht der Ansaugkrümmer 44 wie dargestellt in Verbindung mit einer optionalen elektronischen Drossel 62, welche eine Position der Drosselplatte 64 einstellt, um die Luftströmung von einer Ansaugverstärkungskammer 46 zu steuern. Bei anderen Beispielen kann der Motor 10 einen Turbolader mit einem im Ansaugsystem angeordneten Kompressor und einer im Abgassystem angeordneten Turbine aufweisen. Die Turbine kann über eine Welle mit dem Kompressor gekoppelt sein. Ein zweistufiges Hochdruck-Kraftstoffsystem kann verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke an Einspritzern 66 zu erzeugen.
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Ein verteilerloses Zündsystem 88 führt der Verbrennungskammer 30, ansprechend auf die Steuereinrichtung 12, über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken zu. Allerdings kann bei anderen Beispielen das Zündsystem 88 nicht in den Motor 10 aufgenommen sein, und es kann eine Kompressionszündung verwendet werden. Ein universeller Abgassauerstoffsensor ("Universal Exhaust Gas Oxygen (UEGO) sensor") 126 ist wie dargestellt stromaufwärts des Katalysators 70 mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelt. Alternativ kann ein Zweizustands-Abgassauerstoffsensor den UEGO-Sensor 126 ersetzen.
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Der Katalysator 70 kann bei einem Beispiel mehrere Katalysatorblöcke aufweisen. Bei einem anderen Beispiel können mehrere Emissionssteuervorrichtungen, die jeweils mehrere Blöcke aufweisen, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann bei einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein.
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Die Steuereinrichtung 12 ist in 1 als ein herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, welcher aufweist: eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeports 104, einen Nurlesespeicher 106, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Die Steuereinrichtung 12 empfängt wie dargestellt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, zusätzlich zu den zuvor erörterten Signalen, welche einschließen: die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112, einen Positionssensor 134, der mit einem Gaspedal 130 zum Messen der durch einen Fuß 132 eingestellten Gaspedalposition gekoppelt ist, einen Klopfsensor zum Bestimmen der Zündung von Endgasen (nicht dargestellt), eine Messung des Motorverteilerdrucks (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 122, einen Motorpositionssensor von einem Hall-Effekt-Sensor 118, welcher die Position der Kurbelwelle 40 erfasst, eine Messung der in den Motor eintretenden Luftmasse von einem Sensor 120 (beispielsweise einem Heißdraht-Luftströmungsmesser) und eine Messung der Drosselposition von einem Sensor 58. Der barometrische Druck kann auch erfasst werden (Sensor nicht dargestellt), um ihn durch die Steuereinrichtung 12 zu verarbeiten. Bei einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt ein Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorgegebene Anzahl gleich beabstandeter Pulse, woraus die Motorgeschwindigkeit (RPM) bestimmt werden kann.
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Bei einigen Beispielen kann der Motor mit einem Elektromotor/Batterie-System in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine parallele Konfiguration, eine serielle Konfiguration oder eine Variation oder Kombinationen davon aufweisen. Ferner können bei einigen Beispielen andere Motorkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise ein Dieselmotor.
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Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: Der Zyklus umfasst den Ansaughub, den Kompressionshub, den Arbeitshub und den Auspuffhub. Während des Ansaughubs schließt sich generell die Abgasventilanordnung 54 und öffnet sich die Ansaugventilanordnung 52. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Verbrennungskammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben 36 in der Nähe des Bodens des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (beispielsweise wenn die Verbrennungskammer 30 ihr größtes Volumen annimmt), wird von Fachleuten typischerweise als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet. Während des Kompressionshubs werden die Ansaugventilanordnung 52 und die Abgasventilanordnung 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft innerhalb der Verbrennungskammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Hubs und am nächsten beim Zylinderkopf befindet (beispielsweise wenn die Verbrennungskammer 30 ihr kleinstes Volumen annimmt), wird von Fachleuten typischerweise als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet. Bei einem nachstehend als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingebracht. Bei einem nachstehend als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündvorrichtungen in der Art einer Zündkerze 92 gezündet, was zu einer Verbrennung führt. Zusätzlich oder alternativ kann eine Kompression verwendet werden, um die Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden. Während des Arbeitshubs drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zum BDC zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Rotationsdrehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich die Abgasventilanordnung 54 während des Auspuffhubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 48 auszulassen, und der Kolben kehrt zum TDC zurück. Es sei bemerkt, dass das vorstehend Beschriebene lediglich als Beispiel dient und dass die Öffnungs- und/oder Schließzeiten des Ansaug- und des Abgasventils variieren können, beispielsweise um eine positive oder negative Ventilüberlappung, ein spätes Schließen des Ansaugventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
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2 zeigt eine Darstellung eines als Beispiel dienenden Ventiltriebs 200. Der Ventiltrieb 200 weist eine Nockenwelle 202 mit mehreren Nocken 204 auf. Die Nockenwelle 202 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform eine obenliegende Nockenwelle. Das heißt, dass die Nockenwelle vertikal über der Ventilanordnung 210 und daher über den Zylindern im Motor 10 angeordnet ist, wie in 1 dargestellt ist. Es wurden jedoch auch andere Nockenwellenpositionen erwogen. Jeder der Nocken 204 kann dafür ausgelegt sein, ein Ventil zu betätigen. Bei einigen Beispielen kann die Nockenwelle 202 eine Abgasnockenwelle sein, die dafür ausgelegt ist, Abgasventile zu betätigen. Bei anderen Beispielen kann die Nockenwelle 202 eine Ansaugnockenwelle sein, die dafür ausgelegt ist, Ansaugventile zu betätigen. Daher können die Nocken 204 einen Nocken 51, wie in 1 dargestellt ist, oder einen Nocken 53, wie in 1 dargestellt ist, aufweisen. Es sei bemerkt, dass der Ventiltrieb 200 eine Ansaugnockenwelle und eine Abgasnockenwelle oder im Fall eines Motors mit zwei Zylinderbänken zwei Ansaugnockenwellen und zwei Abgasnockenwellen aufweisen kann. Ferner kann der Motor 10 gemäß einigen Ausführungsformen zwei Ansaug- und/oder zwei Abgasventile pro Zylinder aufweisen.
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Der Ventiltrieb 200 kann ferner Lager (nicht dargestellt) aufweisen, die mit der Nockenwelle gekoppelt sind, wodurch eine Drehung der Nockenwelle 202 ermöglicht ist. Ferner sei bemerkt, dass die Nockenwelle 202 drehbar durch geeignete Verbindungsglieder in der Art von Zahnrädern, Ketten, Riemen usw. mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein kann, wie in 1 dargestellt ist.
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Mit 2 fortsetzend sei bemerkt, dass der Ventiltrieb 200 auch eine Ventilanordnung 210 mit einem Ventilschaft 212 aufweisen kann. Der Ventilschaft kann ein Ende 214 aufweisen, das dafür ausgelegt ist, auf einem Einlass oder Auslass eines Zylinders zu sitzen und diesen zu dichten. Daher kann das Ende 214 dafür ausgelegt sein, in einem Stutzen (beispielsweise einem Ansaugstutzen oder einem Abgasstutzen) im Zylinderkopf 90 gelagert zu werden und diesen zu dichten, wie in 1 dargestellt ist. Auf diese Weise kann ein Teil des Endes 214 der Ventilanordnung 210 in Kontakt mit dem Zylinderkopf 90 sein, wie in 1 dargestellt ist, wenn sich die Ventilanordnung in einer geschlossenen Position befindet.
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Ferner ist die Ventilanordnung 210 gemäß der dargestellten Ausführungsform eine Abblasventilanordnung. Es wurden jedoch auch andere Ventilkonfigurationen erwogen. Die Ventilanordnung 210 weist ferner eine Ventilführung 216 zum Führen des Ventilschafts 212 in einer gewünschten Richtung während der Ventilbetätigung auf. Die Ventilführung 216 kann gemäß einigen Ausführungsformen in Kontakt mit dem Zylinderkopf 90 sein, wie in 1 dargestellt ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Ventilführung 216 jedoch nicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf 90 stehen.
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Es sei bemerkt, dass einer der Nocken 204 eine Kraft auf einen stoßdämpfenden Stößel 218 ausübt, um die Ventilanordnung 210 während der Drehung der Nockenwelle 202 in zyklischen Intervallen zu betätigen. Der stoßdämpfende Stößel 218 weist mehrere Schichten in der Art einer Elastomerschicht auf, wie hier in weiteren Einzelheiten erörtert wird. Zusätzlich ist der stoßdämpfende Stößel dafür ausgelegt, die von einem der Nocken 204 auf die Ventilanordnung 210 übertragene Kraft zu dämpfen. Das Dämpfen des Stoßes verringert die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung und Beschädigung der Ventilanordnung. Dadurch wird die Langlebigkeit der Ventilanordnung erhöht. Ferner wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion des Ventils durch verschlechterte Komponenten verringert. Die im Ventiltrieb erzeugten Geräusche werden auch durch den stoßdämpfenden Stößel verringert, wodurch die Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) im Motor verringert werden.
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Es sei bemerkt, dass der Ventiltrieb 200 zusätzliche Komponenten in der Art eines Nockenphaseneinstellers aufweisen können, die dafür ausgelegt sind, die Zeitsteuerung der Nocken 204 zu konfigurieren. Insbesondere kann der Nockenphaseneinsteller dafür ausgelegt sein, die Zeitsteuerung der Nocken auf der Grundlage der Betriebsbedingungen im Motor vorzuschieben und/oder zu verzögern.
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Die Ventilanordnung 210 weist ferner eine Feder 220 auf. Eine Schraubenfeder ist in 2 dargestellt. Es wurden jedoch auch andere Federtypen erwogen. Die Ventilanordnung 210 kann ferner eine Dichtung 222 aufweisen, welche in 7 in weiteren Einzelheiten dargestellt ist. Die Dichtung 222 kann eine Elastomerdichtung sein. Die Ventilanordnung 210 weist auch eine Tragplattform 224 auf. Die Tragplattform 224 kann in Kontakt mit dem in 1 dargestellten Zylinderkopf 90 stehen. Die Tragplattform kann eine entgegengesetzte Kraft auf die Feder 220 ausüben, wenn die Feder komprimiert wird. Es sei bemerkt, dass jeder in 2 dargestellte Nocken 204 gemäß anderen Ausführungsformen eine zugeordnete Ventilanordnung aufweisen kann.
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Insbesondere zeigt 3 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines stoßdämpfenden Stößels 218. Wie dargestellt, weist der stoßdämpfende Stößel 218 mehrere Schichten auf. Insbesondere weist der stoßdämpfende Stößel 218 eine äußere Metallschicht 300 und eine innere Elastomerschicht 302 auf. Es wurden jedoch auch andere oder zusätzliche Schichten in dem stoßdämpfenden Stößel 218 erwogen. Das Verhältnis zwischen der Dicke der Metallschicht 300 und der Dicke der Elastomerschicht 302 kann 10–0,5 sein, um einen gewünschten Freiraum mit dem Äußeren der Schraubenfeder zu halten. Zusätzlich sind die Metallschicht 300 und die Elastomerschicht 302 zusammenhängend und erstrecken sich über den oberen Teil des Stößels und die Seiten des Stößels hinab. Es wurden jedoch auch andere Schichtkonfigurationen erwogen.
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Die äußere Metallschicht 300 kann Stahl, Aluminium, Eisen, Kupfer und/oder ein Verbundmaterial aufweisen. Die Elastomerschicht 302 kann einen thermisch aushärtenden Kunststoff aufweisen. Ferner kann die Elastomerschicht 302 zumindest eines von Ethylenpropylengummi (EPM), Nylon, einem Mastixmaterial, Schaumstoff und/oder dämpfenden und absorbierenden Materialien aufweisen. Der stoßdämpfende Stößel 218 hat eine zylindrische Form. Andere Geometrien wurden jedoch auch erwogen.
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Zusätzlich erstreckt sich die innere Elastomerschicht 302 gemäß der dargestellten Ausführungsform um eine Innenfläche der äußeren Metallschicht 300. Es wurden jedoch auch andere Geometrien erwogen. Der stoßdämpfende Stößel 218 weist einen obersten Abschnitt 304 auf, wobei der oberste Abschnitt eine Nockenberührungsseite 305, die in der äußeren Metallschicht 300 enthalten ist, und eine Ventilberührungsseite 306, die in der inneren Elastomerschicht 302 enthalten ist, aufweist. Der oberste Abschnitt 304 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform scheibenförmig. Gemäß anderen Ausführungsformen können jedoch auch andere Geometrien verwendet werden.
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Die in 3 dargestellte Nockenberührungsseite 305 kann planar sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Nockenberührungsseite 305 jedoch einen erhöhten oder vertieften Abschnitt aufweisen, der einen der in 2 dargestellten Nocken 204 berührt. Zusätzlich weist die Ventilberührungsseite 306 einen erhöhten Abschnitt 308 auf. Der erhöhte Abschnitt kann dafür ausgelegt sein, die in 2 dargestellte Ventilanordnung 210 zu berühren. Insbesondere kann der erhöhte Abschnitt 308 dafür ausgelegt sein, einen in 7 dargestellten Halter 700 zu berühren. Auf diese Weise kann der Stößel 218 Energie von einem der Nocken 204 auf die Ventilanordnung 210 übertragen, um die in 2 dargestellte Ventilanordnung zu betätigen.
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Um mit 3 fortzufahren, sei bemerkt, dass der Stößel 218 ferner einen Mantel 310 aufweist. Der Mantel 310 kann als ein unterer Abschnitt bezeichnet werden, und der oberste Abschnitt 304 kann als ein oberer Abschnitt bezeichnet werden. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der Mantel 310 ringförmig. Gemäß anderen Ausführungsformen können jedoch auch andere Formen verwendet werde. Der Mantel 310 schließt die in 2 dargestellte Ventilanordnung 210 und insbesondere einen Teil des Ventilschafts 212 und der Schraubenfeder 220 teilweise ein.
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Der stoßdämpfende Stößel 218 kann unter Verwendung einer Anzahl verschiedener Techniken hergestellt werden. Beispielsweise kann die innere Elastomerschicht 302 durch einen Presssitz in die äußere Metallschicht 300 eingebracht werden. Das heißt, dass die innere Elastomerschicht 302 dimensioniert werden kann, um im zusammengesetzten Zustand ein gewünschtes Maß an Reibung auf die äußere Metallschicht 300 auszuüben. Bei einigen Beispielen kann der Zuschlag für die innere Elastomerschicht 302 0,1 mm bis 2,0 mm betragen, um einen gewünschten Freiraum vom Äußeren der Schraubenfeder einzuhalten. Zusätzlich oder alternativ kann die innere Elastomerschicht 302 unter Verwendung eines Klebstoffs an der äußeren Metallschicht 300 angebracht werden. Demgemäß kann eine Klebstoffschicht (beispielsweise aus Epoxidharz) zwischen der Elastomerschicht 302 und der Metallschicht 300 angeordnet werden.
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4 zeigt eine Schnittansicht eines anderen Beispiels eines stoßdämpfenden Stößels 218. Wie dargestellt, weist der Stößel 218 eine dritte Schicht auf. Die dritte Schicht wird als innere Metallschicht 400 bezeichnet. Bei einigen Beispielen kann die innere Metallschicht 400 ein anderes Material aufweisen als die äußere Metallschicht 300. Beispielsweise kann die innere Metallschicht Aluminium aufweisen und die äußere Metallschicht Stahl aufweisen (beispielsweise Edelstahl).
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Überdies erstrecken sich die äußere Metallschicht 300 und die innere Elastomerschicht 302 über den Oberteil des Stößels 218 hinaus und den Mantel 310 hinab, welche jeweils ein zusammenhängendes Materialstück bilden. Gemäß anderen Ausführungsformen können die äußere Metallschicht 300 und/oder die innere Elastomerschicht 302 jedoch Abschnitte aufweisen, die voneinander beabstandet sind. Ferner kann sich gemäß einigen Ausführungsformen die innere Elastomerschicht 302 nicht den Mantel 310 hinab erstrecken. Auf diese Weise kann die innere Elastomerschicht 302 weiter entfernt vom Zylinder angeordnet sein, was die Temperatur der Elastomerschicht verringern kann, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer thermischen Verschlechterung verringert wird.
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Bei einigen Beispielen kann sich die innere Elastomerschicht 302 axial über die innere Metallschicht 400 und/oder die äußere Metallschicht 300 hinaus erstrecken, und sie erstreckt sich auch in radialer Richtung. Eine radiale Achse 450 und eine axiale Achse 452 sind als Bezug bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Rand der äußeren Metallschicht 300 geschützt werden.
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Die relativen Dicken der Schichten können variieren. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die äußere Metallschicht 300 dicker als die innere Metallschicht 400 und die innere Elastomerschicht 302. Insbesondere kann das Verhältnis zwischen der äußeren Metallschicht 300 und der inneren Metallschicht 400 im folgenden Bereich 3-1 liegen. Zusätzlich ist das Verhältnis zwischen der Dicke der inneren Metallschicht 400 und der Dicke der inneren Elastomerschicht 302 gemäß der dargestellten Ausführungsform 1. Insbesondere beträgt die Dicke der inneren Metallschicht 400 0,5 Millimeter (mm), und die Dicke der inneren Elastomerschicht 302 beträgt 0,5 mm. Es wurden jedoch auch andere Dicken erwogen.
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Ein sandwichförmiges Anordnen der Elastomerschicht 302 zwischen zwei Metallschichten (beispielsweise der inneren Metallschicht 400 und der äußeren Metallschicht 300) hält die Elastomerschicht in Position, wodurch die Verformung des Elastomers durch Temperaturschwankungen verringert wird. Überdies stellt die Sandwichkonstruktion eine Federmassenisolationsfunktion bereit, wodurch ein Dämpfen unerwünschter Frequenzen in der Art hoher Frequenzen ermöglicht wird, falls dies erwünscht ist.
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4 zeigt auch den obersten Abschnitt 304 mit der Ventilberührungsseite 306 und der Nockenberührungsseite 305. Die Ventilberührungsseite 306 weist eine Ventilbetätigungsfläche 410 auf. Die Ventilbetätigungsfläche kann in Kontakt mit dem in 2 dargestellten Ventilschaft 212, der Feder 220 und/oder dem in 7 dargestellten Halter 700 stehen. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Ventilbetätigungsfläche 410 in die innere Metallschicht 400 aufgenommen. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Ventilbetätigungsfläche 410 jedoch in die Elastomerschicht 302 aufgenommen sein. Zusätzlich weist die Nockenberührungsseite 305 eine Nockenberührungsfläche 412 auf. Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist die Nockenberührungsfläche 412 in die äußere Metallschicht 300 aufgenommen. 4 zeigt die innere Elastomerschicht 302, welche zumindest einen Teil der Innenfläche 430 der äußeren Metallschicht 300 durchquert. Insbesondere ist gezeigt, dass die innere Elastomerschicht 302 die gesamte Innenfläche 430 durchquert. Andere Konfigurationen der Elastomerschicht wurden jedoch auch erwogen.
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Der stoßdämpfende Stößel 218 weist auch einen Leerraum 440 auf, dessen Grenze durch die Innenfläche des Stößels definiert ist. Die in 2 dargestellte Ventilanordnung 210 kann sich teilweise in den Leerraum 440 erstrecken. Jede der Schichten im Stößel (d.h. die äußere Metallschicht 300, die innere Elastomerschicht 302 und die innere Metallschicht 400) sind gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform zusammenhängend. Insbesondere erstrecken sich die jeweiligen Schichten zusammenhängend über den obersten Abschnitt des Stößels und die Seiten des Stößels hinab. Allerdings können gemäß anderen Ausführungsformen eine oder mehrere der Schichten nicht zusammenhängend sein.
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Ferner kann bei einigen Beispielen eine Ringkomponente 432 (beispielsweise ein Nylonring) in den Stößel 218 aufgenommen sein. Die Ringkomponente 432 kann innerhalb der Elastomerschicht 302 angeordnet sein und dafür ausgelegt sein, eine Kraft (beispielsweise eine auswärts gerichtete Radialkraft) auf die Elastomerschicht 302 auszuüben, um die Reibung zwischen der inneren Elastomerschicht 302 und der äußeren Metallschicht 300 zu erhöhen, um die Relativbewegung zwischen den vorstehend erwähnten Elementen zu verringern. Demgemäß kann der Nylonring vorbelastet sein, damit er in die Elastomerschicht 302 einschnappt. Bei anderen Beispielen kann der Nylonring jedoch in die Elastomerschicht 302 integriert sein.
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Wie in 4 dargestellt ist, hat ein oberster Abschnitt der äußeren Metallschicht eine größere Dicke als ein unterer Abschnitt der Metallschicht. Ferner kann bei einigen Beispielen die Dicke eines oberen Abschnitts der Elastomerschicht größer sein als die Dicke eines unteren Abschnitts der Elastomerschicht.
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5 zeigt eine andere Ausführungsform des stoßdämpfenden Stößels 218. Es ist die innere Elastomerschicht 302 dargestellt. Bei dem in 5 dargestellten Beispiel besteht die innere Elastomerschicht 302 aus einem Mastixmaterial. Während der Herstellung des stoßdämpfenden Stößels 218 kann das Mastixmaterial auf die Metallschicht aufgebracht (beispielsweise ausgesprüht) werden. Bei anderen Beispielen kann die Elastomerschicht 302 Nylon aufweisen, und eine Epoxidharzschicht kann verwendet werden, um die äußere Metallschicht mit der inneren Elastomerschicht zu verbinden. Gemäß einigen Ausführungsformen kann eine Klebstoffschicht (beispielsweise aus Epoxidharz) zwischen der äußeren Metallschicht und der inneren Elastomerschicht 302 angeordnet werden. Wie dargestellt, erstreckt sich die innere Elastomerschicht 302 radial über die äußere Metallschicht hinaus. Demgemäß ist die Sicht auf die äußere Metallschicht in 5 behindert.
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6 zeigt eine andere Ausführungsform des stoßdämpfenden Stößels 218. Wie dargestellt, weist der Stößel eine zweite Elastomerschicht 600 auf. Die zweite Elastomerschicht 600 ist durch die erste innere Elastomerschicht 302 und die äußere Metallschicht 300 zumindest teilweise eingeschlossen. 6 weist einige der Merkmale, Komponenten usw. auf, die in dem in 3 dargestellten stoßdämpfenden Stößel 218 enthalten sind. Daher sind ähnliche Teile entsprechend bezeichnet. Die zweite Elastomerschicht 600 kann ein anderes Material als die erste Elastomerschicht 302 aufweisen. Ferner kann die zweite Elastomerschicht 600 gemäß einigen Ausführungsformen eine andere Kompressibilität und/oder Elastizität als die erste Elastomerschicht 302 aufweisen. Die zur Herstellung der ersten und der zweiten Elastomerschicht (302 und 600) verwendeten Materialien können auf der Grundlage ihrer Materialeigenschaften in der Art ihrer Kompressibilität ausgewählt werden, um zu ermöglichen, dass gewünschte Frequenzbereiche durch den stoßdämpfenden Stößel 218 gedämpft werden. Auf diese Weise können Geräusche, Vibrationen und die Rauigkeit (NVH) im Motor verringert werden. Dadurch wird die Kundenzufriedenheit verbessert. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die zweite Elastomerschicht 600 jedoch aus einem ähnlichen Material wie die erste Elastomerschicht hergestellt werden. Ferner kann die erste Elastomerschicht 302 gemäß anderen Ausführungsformen eine andere Dicke haben als die zweite Elastomerschicht 600. Die Dicken der Elastomerschichten können ausgewählt werden, um eine Dämpfung in einem gewünschten Frequenzbereich bereitzustellen.
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Jede der Schichten in dem in 6 dargestellten Stößel 218 (d.h. die äußere Metallschicht 300, die erste Elastomerschicht 302, die zweite Elastomerschicht 600 und die innere Metallschicht 400) ist gemäß der dargestellten Ausführungsform zusammenhängend. Insbesondere erstreckt sich jede der Schichten zusammenhängend über den Oberteil des Stößels und die Seiten des Stößels hinab. Es wurden jedoch auch andere Schichtkonfigurationen erwogen. Beispielsweise kann sich nur ein Teil der Schichten in der Art der äußeren Metallschicht die Seiten des Stößels hinab erstrecken.
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7 zeigt eine andere Ansicht der in 2 dargestellten Ventilanordnung 210. Die Feder 220 ist aus der in 7 dargestellten Ventilanordnung 210 fortgelassen. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Ventilanordnung 210 die Feder aufweisen kann. Wie dargestellt, weist die Ventilanordnung 210 die Dichtung 222 auf. Die Dichtung 222 kann durch die in 2 dargestellte Feder 220 umschlossen sein. Die Ventilanordnung 210 weist auch einen Halter 700 auf. Der Halter 700 steht in Kontakt mit der in 2 dargestellten Feder 220. Der Halter 700 überträgt die Kraft vom Stößel 218 auf die Ventilanordnung 210. Es wurde durch Tests herausgefunden, dass, wenn der vorstehend beschriebene stoßdämpfende Stößel 218 in einem Ventiltrieb verwendet wird, die lateralen sowie die vertikalen Kräfte auf den Stößel gegenüber einem ausschließlich aus Metall hergestellten Stößel verringert werden. Ferner wurde durch Tests herausgefunden, dass, wenn der hier beschriebene stoßdämpfende Stößel 218 in einem Ventiltrieb verwendet wird, die durch Stöße des Nockens gegen den Stößel erzeugten Geräusche verringert werden.
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Dies schließt die Beschreibung. Fachleuten werden beim Lesen viele Abänderungen und Modifikationen einfallen, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Beispielsweise könnten einzelne Motoren, Reihenmotoren, V-Motoren und horizontal entgegengesetzte Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft verwenden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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